Cải thiện chất lượng nguồn điện áp cung cấp cho một số khu công nghiệp tại Thái Nguyên bằng bộ lọc tích cực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN TUẤN

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP

CHO MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN

BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH

THÁI NGUYÊN - 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN TUẤN

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP CHO MỘT SỐ

KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

TRƢỞNG KHOA

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. ĐỖ TRUNG HẢI PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH

PHÕNG ĐÀO TẠO

TS. ĐẶNG DANH HOẰNG

THÁI NGUYÊN - 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Văn Tuấn

Sinh ngày: 29 tháng 8 năm 1978

Học viên lớp cao học khoá 16 - Kỹ thuật điện - Trƣờng Đại học Kỹ

Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Công ty điện lực Thái Nguyên.

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định

hƣớng của giáo viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Văn Tuấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

iii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo

Khoa sau đại học, Khoa Điện trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các

thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ và đóng

góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận

văn của mình.

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình

của các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

thuộc ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dƣới sự hƣớng

dẫn và góp ý của thầy PGS.TS. Trần Xuân Minh đã giúp cho đề tài hoàn

thành mang tính khoa học cao. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu

của các thầy, cô.

Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế

nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý

kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu,

hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này.

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Văn Tuấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................iii

MỤC LỤC........................................................................................................ iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................. vii

DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... ix

DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................. x

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1

2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 1

3. Nội dung của luận văn................................................................................... 1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI

CHUNG VÀ THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG ........................... 3

1.1. Hiện trạng nguồn và lƣới điện tỉnh Thái Nguyên ...................................... 3

1.1.1 Nguồn điện ........................................................................................... 3

1.1.2. Lƣới điện ............................................................................................. 4

1.2. Hiện trạng nguồn và lƣới điện thành phố Sông Công. .............................. 5

1.2.1. Lƣới điện trung thế.............................................................................. 6

1.2.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Sông Công trong một

vài năm gần đây .......................................................................................... 14

1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán ....................................... 15

Chƣơng 2: SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC

PHỤC.............................................................................................................. 18

2.1. Đặt vấn đề................................................................................................. 18

2.2. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao ....................................................... 18

2.2.1. Ảnh hƣởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn

thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lƣới điện........................................ 23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

v

2.2.2. Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp.......... 25

2.4. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................... 32

Chƣơng 3: THUẬT TOÁN LỌC SÓNG HÀI BẬC CAO ........................ 33

3.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao.................................................................... 33

3.1.1 Bộ lọc thụ động .................................................................................. 33

3.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực)...................................................... 34

3.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực ............................... 36

3.2.1. Phân loại theo sơ đồ .......................................................................... 36

3.2.2. Phân loại theo nguồn cấp .................................................................. 39

3.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất ................................................ 41

3.3. Bộ lọc hỗn hợp ......................................................................................... 41

3.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực............................................. 43

3.5. Lý thuyết về phƣơng pháp lọc tích cực.................................................... 45

3.5.1. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số ......................... 46

3.5.2. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian .................... 48

3.6. Cấu trúc điều khiển .................................................................................. 54

3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................... 56

Chƣơng 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG........................................................ 57

4.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink ................... 57

4.1.1. Nguồn xoay chiều 3 pha.................................................................... 57

4.1.2 Bộ lọc tích cực.................................................................................... 57

4.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD) ................................................. 64

4.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha .... 64

4.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp .............................................................. 65

4.2. Sơ đồ mô phỏng ....................................................................................... 65

4.3. Kết quả mô phỏng .................................................................................... 67

4.3.1. Kết quả mô phỏng trƣờng hợp chƣa có bộ lọc tích cực.................... 67

4.3.2. Kết quả mô phỏng trƣờng hợp có bộ lọc tích cực............................. 68

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

vi

4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................... 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 74

1. Kết luận ....................................................................................................... 74

2. Kiến nghị..................................................................................................... 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 75

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu:

STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ

1 f Tần số lƣới điện

2 f(t) Hàm chu kỳ không sin

3 U1 Biên độ thành phần điện áp điều hoà cơ bản

4 Un Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n

5 I1 Biên độ thành phần dòng điện điều hoà cơ bản

6 In Biên độ thành phần dòng điện điều hoà bậc n

7 PF Hệ số công suất

8 p Công suất tác dụng tức thời

9 q Công suất phản kháng tức thời

10 P Công suất tác dụng

11 Q Công suất phản kháng

12 R Điện trở lọc

13 L Điện cảm lọc

14 C Điện dung lọc

15 iS Dòng điện nguồn

16 iL Dòng điện lƣới phía tải (dòng tải)

17 iF Dòng điện chạy qua bộ lọc

18 Us Điện áp nguồn

19 Uh Điện áp thành phần điều hoà bậc cao

20 UF Điện áp thành phần cơ bản

21 u0, u, u Điện áp biểu diễn trên hệ trục 

22 ua, ub, uc Điện áp biểu diễn trên hệ trục abc

23 ia, ib, ic Dòng điện biểu diễn trên hệ trục abc

24 i0, i, i Dòng điện biểu diễn trên hệ trục 

25 ud, uq Điện áp biểu diễn trên hệ trục dq

26 id, iq Dòng điện biểu diễn trên hệ trục dq

27  Tần số góc nguồn điện

28 Udc Điện áp 1 chiều

29 S Công suất biểu kiến

30 , Công suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành

phần dòng 1 chiều

31 Công suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành

phần dòng xoay chiều

32 T Chu kỳ dòng điện